专题五 总线系统 （ 1 ）《计算机原理》 概念梳理与常考题选讲

《计算机原理》考前概念梳理与常考题选讲 专题五 总线系统 （ 1 ） 1、 教材要求 1．掌握总线的基本概念和分类。 2．理解同步传送方式、半同步传送方式和异步传送方式的特点。 3．掌握总线仲裁的概念、串行仲裁方式、并行仲裁方式和计数器仲裁方式工作原理及特点。 4．了解ISA、EISA、PCI、AGP四种常用的总线标准的特点。 2、 概念梳理 5.1 总线的基本概念 微型计算机由若干个系统部件(模块)组成，每个部件都能完成一定的功能。这些部件 之间必然有信息交换，而信息的交换是通过总线完成的。 从理论上来说，计算机各部件之间的信息交换可以根据部件的性质，单独设计通信线路， 用来满足部件之间的通信需要。这种传送方式控制简单，传送速度快，传输可靠。但由于一 台计算机包括许多部件，如果采用这种方式，势必造成通信线路非常复杂。因此，计算机采用一种称为总线的机制实现各部件之间的通信。 总线是一种将微处理单元、存储器和输入/输出接口等相对独立的部件连接起来并传送信息的公共通道。 5.2  总线的分类 1. 根据微型计算机总线的规模、用途及应用场合分类 根据微型计算机总线的规模、用途及应用场合，可以把它分为以下3类。 (1)芯片总线 芯片总线又称元件级总线。它是指一些大规模集成电路的内部总线或者芯片之间的总线。 它所连接的所有部件都处在同一个硅片上，追求高速度是它的主要目标，一般采用并行总线。 (2)内总线 内总线又称系统总线，它是微型计算机系统内连接各插件板的总线，用于插件与插件之 间的信息传送。 (3)外总线 外总线又称通信总线，它用于微型计算机系统与系统之间或微型计算机系统与外部设备 之间的数据交换。 2. 根据总线传送的信息分类 根据总线传送的信息不同，微型计算机总线分为以下3类。 (1)数据总线 (DB) 它是一种3态控制的双向通信总线，用于实现 CPU 、存储器和输入/输出接口之间的数 据交换。微型计算机内部数据信息(可以是数值数据，也可以是指令码等)均通过数据总线传送。数据总线的宽度决定了计算机的位数。 (2)地址总线 (AB) 它是一种由CPU 向外发出的单向通信总线，用于向存储器或输入/输出接口提供地址码， 以选择相应的地址单元或寄存器。也就是说，由CPU 发出的地址信息均通过地址总线传送。 地址总线的宽度决定了 CPU 的寻址范围(可以识别的存储单元的数目)。地址总线的数量是 很规范的，例如，某8位微型计算机有16根地址线，它的寻址范围是2l⁶=64K，它的地址 范围是0000H～OFFFFH; 又如，16位微型计算机的地址总线是20根，它的寻址范围是1M, 相应的地址范围是00000H～0FFFFFH。 (3)控制总线 (CB) 控制总线传送的是保证微型计算机各部件同步协调工作的定时和控制信号，它也是单向 通信总线。其中有的用于传送从CPU 发出的信息，如读、写等信号，有的是其他部件发送给 CPU 的信号，如复位、中断请求等。 3. 按总线传送信息的方式分类 按总线传送信息的方式不同，微型计算机总线又可以分为以下两类 (1)并行总线 计算机中的信息一般是由若干位二进制数码组成的，传送时，每一位占用一条信号线， 即有多少位数码，就占用多少条信号线。例如，传送一个8位的数据，需使用8条信号线。 这样的传送方式的总线，称为并行总线。这种总线的特点是结构复杂，成本高，但传送速度 快，常用于传输距离较短，传输速度要求较快的场合。 (2)串行总线 只使用一条信号线，让数据的每一位分时在信号线上传送，这样传送方式的总线，称为 串行总线。这种总线的特点是结构简单，成本低，但传送速度慢，常用于传输距离较远，传 输速度要求不高的场合。 5.3 总线的信息传送方式 总线的信息传送方式即通信方式，通常有3种，即同步方式、半同步方式和异步方式。 1. 同步方式 总线上数据传送时，通信双方使用一个共同的时钟，以保持通信双方的时序同步，这种 方式称为同步方式。 这种方式的时序控制关系比较简单，可以获得较高的通信速度。但这种方式要求通信双方 速度比较接近。如果速度差距较大，则只能使用速度较低的一方所设置的时钟，否则，数据无 法正常传送。如果通信距离较长的话，则需要考虑数据在线路上的传送延迟，以保证数据通 信正确。 2. 半同步方式 半同步方式是对同步方式的一种改进。通信双方还是在同一时钟下工作，考虑设备速度 的差异，若低速设备不能在规定时间内完成操作的话，则可以申请延长操作时间，从而保证 不同速度的设备之间能够正常通信。 3. 异步方式 异步方式允许通信双方有不同的时钟。发送方在发送数据的同时，发送相应的时间标志， 使对方了解数据的起始点和结束点，或由应答信号来控制传送过程。 异步方式分为单向方式和双向方式。单向方式不能判断数据是否被对方